SCADA系統的發展及應用

摘 要:對SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統的定義、功能及發展的歷史進行介紹。再以某場站為例，詳細地介紹了SCADA系統配置、功能在實際生產中的應用。

關鍵詞:數據采集與監視控制系統 緊急切斷系統 PLC數據采集(下位機) MMl人機界面部分(上位機)

SCADA(Supervlsory Control And Data Acquisltlon)系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統的應用領域很廣，它可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。

SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統發展也不完全相同。

SCADA系統應用廣泛，技術成熟。有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為生產過程中不可缺少的工具。它對提高運行的可靠性、安全性與經濟效益，實現生產、管理自動化，提高效率方面有著不可替代的作用。

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系統，全名為數據采集與監視控制系統。SCADA系統自誕生之日起就與計算機技術的發展緊密相關。SCADA系統發展到今天已經經歷了三代。

第一代是基于專用計算機和專用操作系統的SCADA系統，如電力自動化研究院為華北電網開發的SDl76系統以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統所設計的H-80M系統。這一階段是從計算機運用到SCADA系統時開始到70年代。

第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計算機以及其它通用工作站，操作系統一般是通用的UNIX操作系統。第一代與第二代SCADA系統的共同特點是基于集中式計算機系統，并且系統不具有開放性，因而系統維護，升級以及與其它聯網構成很大困難。

90年代按照開放的原則，基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的能夠實現大范圍聯網的EMS，SCADA系統稱為第三代。這一階段是我國SCAD～EMS系統發展最快的階段，各種最新的計算機技術都匯集進SCAD～EMS系統中。

第四代SCADA/EMS系統的基礎條件已經或即將具備，預計將與21世紀初誕生。該系統的主要特征是采用Internet技術、面向對象技術、神經網絡技術以及JAVA技術等技術，繼續擴大SCADA/EMS系統與其它系統的集成，綜合安全經濟運行以及商業化運營的需要。

在天然氣管輸領域中，為了保證輸氣管道安全、可靠、平穩、高效、經濟地運行，采用SCADA系統對管道全線的運行情況進行集中監視控制和生產運營管理。途徑各站采用以計算機為核心的站控制系統(SCS—Station ControI System)，完成站場內工藝過程的數據采集和監控任務，同時將工藝及設備運行狀況和各種參數，通過通信系統傳送至主調控中心，并接受調控中心下達的命令。

調控中心是全線調度、管理和貿易交接的核心及指揮樞紐，主要完成對各輸氣站場進行實時監控、調度、管理等任務。

調控中心計算機監控系統將利用已有設備及軟件，并在其基礎上進行功能擴展和改造。裉據本工程各站增加的I/O數據量及各站監控要求，在調控中心計算機監控系統中將擴展軟件數據庫容量，并增加操作員工作站等硬件設備，同時對SCADA系統應用軟件進行相應的擴展和功能組態，以實現調控中心對輸氣管道各站的統一監控和管理。

SCADA系統以下列控制模式工作:

調度控制中心監視、控制及調度管理:

站控制室遠方控制:

就地手動控制。

站控制系統是SCADA系統的遠方控制單元，是保證SCADA系統正常運行的基礎，為調控中心調度、管理和控制命令的遠方執行單元，是SCADA系統中重要的監控級。站控制系統不但能獨立完成對所在工藝站場的數據采集和控制，而且將有關信息傳送給調控中心并接受其下達的命令。

通常情況下，各站內無須人工干預，SCS能自動處理并維持生產過程及設備在預定的運行狀態。一旦偏離預定狀態，在報警提醒基礎上自動切換到安全狀態。必要時啟動緊急切斷系統(ESD--E-mergency Shutdown System)，停運部分設備乃至關閉整個站場。

站控制系統用于站內工藝參數、設備狀態、公共設施、輔助系統的數據采集、檢測和控制。

站控制系統(SCS)有1套安全保護系統一緊急停車(ESD)系統。ESD系統是用以保證站場及壓縮機組安全運行而設置的邏輯控制系統。ESD系統采用相對獨立的、符合IEC61508等有關標準的控制設備;ESD系統的安全等級最低應滿足SIL2要求。

任何ESD命令均為最優先的工作模式。

站控制系統ESD在下列任一信號發出時，將按預定的程序停車，并關閉進出站閥，進行站內放空:

ESD按鈕動作:

接到調控中心的ESD命令:

火災報警(經人工確認后)。

通常SCADA系統由PLC、操作員工作站、打印機、交換機、路由器、不間斷電源(UPS)等設備組成，主要完成站內工藝數據采集、監視、控制和流量計算等功能，并向調度中心傳送實時數據，接受調度中心下達的任務。

下圖為某場站的SCADA系統配置，圖中的CCRS設備為BBPLC的冗余切換單元，當主CPU出現故障不能運行時，備CPU開始工作，不會影響到站場的正常運行。 SCADA系統配置 該站SCADA站控系統主要由以下兩大部分組成:PLC數據采集(下位機)和MMl人機界面部分(上位機)。

下位機的功能主要是通過數字量和模擬量輸入模板把現場電動閥的狀態、壓力、溫度信號轉換成PLC和計算機可以識別的數字信號，將現場設備的狀態和工藝運行參數采集到PLC系統的CPU中。以備上位機軟件采集。同時，CPU依據事先編制的程序，并根據現場設備的當前狀態，自動對現場設備輸出相應的控制信號;或是根據操作員發出的操作命令(如:開、關閥門等命令)，經過程序判斷后，發出正確的驅動命令到設備上。實際上在命令的下發過程中，PLC的輸出模板將上位機發來的數字形式的命令轉換成可以驅動現場設備的電壓或電流等模擬信號。

上位機的功能主要是提供給操作員一個監視過程參數和控制生產過程的操作顯示窗口。經過組態、編程，上位機軟件里面包含了所有生產的動態流程圖和設備的控制面板。操作員可以根據需要瀏覽當前的生產流程、生產參數等，并可以通過上位機提供的設備操作控制面板，控制現場的各個可控設備。同時上位機軟件還可以根據設置的采集速率定期采集存儲生產過程參數，并存儲到硬盤上，以備操作員隨時調出、查看和打印。通過打印機，上位機軟件將根據設置實時打印參數越限、設備故障、系統報警和用戶的登錄、退出等事件和報警信號。

隨著Internet技術的發展，瀏覽器界面已經成為計算機桌面的基本平臺，將瀏覽器技術運用于SCAD～EMS系統，將瀏覽器界面作為自動化系統的人機界面，對擴大實時系統的應用范圍，減少維護工作量非常有利;在新一代的SCADA系統中，傳統的MMl界面將保留，新增設的Web服務器供非實時用戶瀏覽，以后將逐漸統一為一種人機界面。

JAVA語言綜合了面向對象技術和Internet技術，將編譯和解釋有機結合，嚴格實現了面向對象的四大特性:封裝性、多態性、繼承性、動態聯編，并在多線程支持和安全性上優于C++，以及其它諸多特性，JAVA技術將導致SCADA系統的一場革命。

參考文獻:

[1]《監控與數據采集《SCADA系統及其應用》.

SCADA system development and appIication

NA×ueli

PETROCHINA WEST EAST GAS PlPELINE CO CHANGN-lNG DIVlSION.

Yinchuan Ningxia 750001

Abstract:SCADA system is a computer based manufactur-ing Rrocess controI and management it can be automatedsystem fOr the operation Of device to monitor and control e-qu Jpment fOr data cOlleCtlOn，control and parameters and allkinds of measurement，the alarm signal fOr the various funo-tlons SCADA system，wideIv applied technology has matu redinformation，enhance efficiency，accurate control system to runthe state，the decision-making，can helD quickly the failure Ofthe advantages of the state system for the production pro-cess，we have become an indispensabIe tool in，it has improvedoperatlonaI reliabilitv and securlty and economlc returns，and tOautomate the production，management and increase efficiencyhas no altemative